2015年，摩爾定律戛然而止在過去的50多年裡，電晶體變得越來越小，晶片上能容納的數量每兩年翻一番。這就是著名的摩爾定律，由英特爾聯合創始人戈登·摩爾在1965年發現這一規律後命名，它一直是科技行業的主要驅動力之一。但在2015年左右，這一處理程序戛然而止。如果沒有一家製造公司能挺身而出，我們可能永遠無法突破這個瓶頸。對EUV光刻機的嚴格要求想像你被縮小到螞蟻大小，並獲得一把強力雷射，能像切黃油一樣熔化金屬。接著，一滴約白細胞大小的熔融錫滴以每小時250公里的速度從你面前飛過。你的任務是：在20微秒內，用你的雷射連續擊中這個錫滴三次。這正是EUV光刻機所做的：它連續三次擊中一個小錫滴，將其加熱到超過22萬開爾文。這大約是太陽表面溫度的40倍。而且它不只是擊中一個液滴，它每秒鐘要擊中5萬個液滴。光刻機還需要包含可能是全宇宙最平滑的鏡子。如果將其中一面鏡子放大到地球大小，那麼最大的凸起也不會超過一張撲克牌的厚度。除此之外，它能將晶片的一層完美地疊加在另一層之上，誤差不超過五個原子。晶片製造第一步：提取二氧化矽製造微晶片的第一步是取二氧化矽（通常來自沙子），並將其提純為純度接近100%的矽塊，然後在特製熔爐中熔化。接著，將一顆微小的種子晶體放入熔池中。矽原子附著在晶體上，延伸其結構。然後慢慢提升並旋轉種子晶體，最終形成一個巨大的單晶矽錠。單層晶片的製造過程之後用金剛石線鋸將矽錠切割成圓片（晶圓），最多可切成5000片，然後對每一片晶圓進行精細拋光。下一步，塗覆一種稱為光刻膠的光敏材料。在正性光刻膠中，暴露在光線下的區域會變弱且更易溶解。如果讓光線穿過帶圖案的掩範本，就可以選擇性地弱化部分塗層。隨後用鹼性溶液沖洗晶圓，洗掉曝光的光刻膠，留下印刻的圖案。為了將這些圖案轉化為物理結構，通常使用學藥品或電漿體蝕刻裸露的矽，然後沉積銅等金屬來填充這些蝕刻線。最後一步是洗掉剩餘的光刻膠，至此，就完成了一層晶片的製作。晶片製造的四個步驟晶片製造的過程可以簡化為四個主要步驟：塗膠、曝光、蝕刻和沉積。每一層晶片都會重複這個循環，根據晶片的不同，可能會有10到100層。底層是電晶體，這是最複雜的一層，需要數百個必須完美的步驟。高層則容易一些，主要是傳輸訊號和電力的金屬線。最後，完成後的晶圓會有數百個晶片，它們隨後被切割成獨立的塊狀，進行封裝並裝入產品中。光刻中的衍射現象在整個過程中，最困難也最關鍵的一步是光線穿過掩範本照射到晶圓上的過程。這就是光刻，因為這一步決定了能把晶片特徵做得多小。當試圖列印越來越小的特徵時，掩範本上的縫隙開始接近光的波長，這就會產生問題。光的衍射變得不可避免。當一個波的波峰與另一個波的波谷對齊時，它們會互相抵消形成了暗點；而當波峰與波峰對齊時，兩波同相，它們會疊加得到亮點。特徵尺寸和數值孔徑設計者不僅不與衍射對抗，反而利用它來獲得所需的圖案。他們根據最終想要在晶圓上得到的圖案進行逆向推導，設計縫隙，使衍射以特定的方式發生。特徵尺寸越小，零級和一級光之間的夾角 α 就越大。因此，透鏡就需要更大，才能捕捉到光線。透鏡的大小由數值孔徑NA描述，即該角度的正弦值。數值孔徑越大，能列印的特徵就越小。縮小波長可以實現更高的特徵尺寸幸運的是，我們還可以通過改變波長來實現更小的特徵尺寸。紅色雷射波長約為650奈米，如果換成波長532奈米的綠色雷射，會發現衍射後綠色的點比紅色的點靠得更近。這是因為來自兩個不同間隙的光不需要移動那麼遠就能再次達成同相。於是衍射級次靠得更近。因此，使用較短的波長，可以用同樣的透鏡列印更小的圖案。DUV之後，遭遇特徵尺寸極限所有這些都被瑞利方程所涵蓋，它決定了最小特徵尺寸或關鍵尺寸。增加數值孔徑有極限（最大為1），繼續縮小特徵的唯一方法就是使用越來越短的波長。這正是直到1990年代後期所發生的事情，當時行業定格在193奈米的深紫外光DUV，這種光被用於製造直到2015年左右所有最先進的晶片。但到那時，科學家們在縮小特徵尺寸方面已經達到了極限。摩爾定律即將撞上一堵磚牆。因此需要一個徹底的變革，一個已經醞釀了大約30年的變革。木下博雄的想法：使用X射線進行光刻早在1980年代，日本科學家木下博雄提出了一個瘋狂的想法：使用更短的波長，比如10奈米左右的X射線。理論上，這能列印更小的特徵。但這種波長的X射線具有足夠的能量將電子從原子中打出來，所以大多數材料都會吸收它們。與波長小於1奈米的醫療用X射線不同，這些波長仍長到足以與空氣發生相互作用，所以空氣也會吸收它們。這意味著木下的裝置必須處於真空中。更糟的是，透鏡也會吸收它。所以看起來這個想法永遠行不通。但在1983年左右，木下偶然看到了一篇由Jim Underwood和Troy Barbee發表的論文。他們的工作集中在能反射4.48奈米波長X射線的特殊鏡子上。這引起了木下的興趣。曲面鏡可以像透鏡一樣聚焦光線。如果他能弄清楚如何為他使用的波長製造這些特殊的鏡子，那麼這可能是進行光刻的另一種方式。Underwood和Barbee的X射線反射實驗鏡子的工作原理大致如下：當光線從一種介質進入另一種介質時（比如從空氣到玻璃），它會發生折射。部分光穿過去，部分反射回來。反射量的多少取決於角度、光的偏振，以及兩種介質折射率之間的差異。差異越大，反射的光就越多。Underwood 和 Barbee 利用了這一原理。他們製造了不到1奈米厚的超薄鎢層，使透射X射線的路徑長度恰好為其波長的四分之一。接著他們加入了另一層碳，它對4.48奈米波長的折射率比鎢高。X射線撞擊介面後部分被反射，相位改變了半個波長。當新的反射波到達鎢層邊界時，它又行進了四分之一波長，總共行進了半個波長。這樣兩個相位相匹配，波發生了相長干涉。他們總共疊加了76個交替層，從而能反射回更多的X射線。雖然他們當時只設法反射了約6%的光，但這是一個原則性的證明，說明了可以反射X射線。木下設計了發射11奈米光多層膜鏡，不被主流認可木下看到了其中的可能性。大約兩年後，他的團隊設計並製造了三面由鎢和碳組成的彎曲多層膜鏡，用於反射11奈米的光。利用這些鏡子，他成功列印出了4微米（4000奈米）厚的線條，證明了在理論上X射線光刻是可行的。一年後，即1986年，他去日本應用物理學會發表了他的研究結果。他既自豪又興奮地解釋了他的裝置並展示了圖像。但聽眾拒絕相信這一切。木下深受打擊。他後來回憶道，人們傾向於把整件事看作是天方夜譚。沒人相信這是一條可行的道路。來自光源和鏡面的雙重挑戰這種反應至少在某種程度上是有道理的。首先，地球上沒有任何自然物能產生這種光，最近的天然來源是太陽。大多數科學家（包括木下）使用粒子加速器或同步輻射裝置來產生X射線。它們能提供巨大的能量，大到像足球場一樣。因此，每台機器都需要自己的動力源。但即便你能產生這種光，還需要製造極其平滑的鏡子來聚焦並列印那些細小的特徵。如果鏡子表面相對於波長非常粗糙，光線就會發生漫反射。對於普通的家用鏡子，凸起的平均高度大約是4000個矽原子的厚度。但對於需要反射X射線的鏡子，需要達到原子級的平滑。平均凸起只能有約2.3個矽原子厚。如果一面鏡子有德國那麼大，那麼最大的凸起也就大約1毫米高。來自美國的技術支援但木下拒絕放棄。很快，援軍從一個意想不到的地方趕到了。太平洋彼岸，舊金山東邊約70公里處是勞倫斯利弗莫爾國家實驗室。這是一個誕生於冷戰時期的實驗室，由美國政府巨額資助，其唯一目標就是核武器。該實驗室由迴旋加速器的發明者歐內斯特·勞倫斯和氫彈之父愛德華·泰勒共同創立。在其整個生命周期中，他們設計了10多種聚變核彈頭。因此，他們的部分研究集中在核聚變反應內部發生了什麼。聚變反應釋放出大量的X射線，那是他們以前從未能捕捉和分析的光。但現在，利用那些特殊的多層膜鏡，他們有了一個機會。Andrew Hawryluk利用多層膜鏡實現X射線反射Andrew Hawryluk是負責這項工作的科學家之一。幾年內，他和他的團隊利用多層膜鏡反射了一些X射線。1987年聖誕，他寫了一篇白皮書，將這些鏡子應用到光刻中，大約五個月後提出了用X射線印刷晶片的發現。他在一次會議上發表了他的研究。但和木下一樣，他也沒得到預期的回應，觀眾的反應極其負面。他感覺自己走到了職業的低谷。但三天後，他接到了貝爾實驗室Bill Brinkman的電話，他是AT&T的執行副總裁，邀請Hawryluk去紐澤西做個報告。在貝爾實驗室，他找到了志同道合的人。在過去的30年裡，美國政府向國家實驗室投資了數十億美元，以在冷戰期間保持國家的技術領先地位。但之後冷戰趨於緩和，這些實驗室掌握著具有商業潛力的研究成果。因此政府鼓勵實驗室與美國公司合作，將研究轉化為產品以刺激經濟。2000年，EUV原型機產生9.8W的EUV光1996年，美國政府削減了EUV項目的資金。這對英特爾這樣的大型晶片公司來說是一場災難。行業估計，193奈米的光刻工具到2005年將落後於摩爾定律，而且當時沒有其他替代方案。於是，英特爾、摩托羅拉、AMD等公司聯合起來投資了2.5億美元以維持項目運轉，這是私營工業界對美國能源部研究項目進行過的最大規模投資。到2000年，實驗室研製出了工程測試台。它是第一台功能齊全的EUV原型機。它能產生9.8瓦、13.4奈米的EUV光，經過八面鏡子從光源反射到掩模再到晶圓。它能列印70奈米的特徵，並證明了EUV是可行的。原型機一小時智能列印10片晶圓但原型機有一個重大缺陷。它每小時只能列印約10片晶圓。而要使EUV具有經濟可行性，它必須每小時列印數百片，且全年全天候運行。產量如此低的主要原因是光線要經過八面鏡子和掩模（掩模也是一面刻有圖案的鏡子）。傳統的透射式掩模行不通，因為它們會吸收所有的光。每面鏡子的反射率約為70%，這已接近極限，但經過九次反射後，最後只剩下4%的光。這意味著每100個光子中只有4個能到達晶圓。少用幾面鏡子只在一定範圍內有效，今天的EUV系統有六面鏡子。但在經過六面鏡子和掩模反射後，仍然只剩大約8%的光。因此，他們需要將光源功率大幅提高到至少100瓦。對大多數公司來說，這十倍的增長似乎是不可能的。甚至參與工程測試的人也指出，雖然EUV技術本身已成定局，但要讓其成為晶片生產線上的現實，還面臨著無數個工程挑戰。美國公司退出EUV開發，ASML獨自前行於是，美國公司一個接一個地退出了完整EUV光刻機的開發。最後只剩下一家公司：阿斯麥ASML。ASML位於荷蘭一個不起眼的小鎮。它在80年代從飛利浦拆分出來時，只有一間簡陋的廠房和一台幾乎無法工作的晶圓步進機。但飛利浦也給了他們人才，ASML 的第一位研究員Jos Benschop和最終成為ASML首席技術官、EUV最堅定支持者的Martin van den Brink。他就是光刻界的史蒂夫·賈伯斯，預見到了EUV的到來。ASML之前加入了美國的 EUV 財團，現在的任務是找到商業化 EUV 的方法。他們將與德國合作夥伴蔡司（Zeiss）合作，蔡司負責鏡子，ASML 負責光源。矽和鉬在13奈米下的最高反射率70%製造任何光刻系統時，首要決定就是使用那種波長。Underwood和Barbee已經製造出了能反射約4奈米光線的鏡子。因為那些鏡子的最高反射率僅為20%左右，經過六面鏡子和掩模後，光線只剩下 0.00128%，這顯然太低了。幸運的是，研究人員還考察了另外兩對組合：矽和鉬，在13奈米波長下理論最高反射率為70%；以及鉬和鈹，在11奈米波長下理論最高反射率為80%。因為鈹具有極高的毒性，且極難處理。因此，科學家們轉而專注於矽和鉬。蔡司使用濺射工藝製造鏡子為了製造鏡子，蔡司使用了一種稱為濺射的工藝。塗層材料的靶材受到電漿體或離子的轟擊，導致原子被彈出、飛出並粘附在鏡面上。這是一個混亂的過程，所以層表面會產生凸起和縫隙。他們完善了一個巧妙的技巧，利用離子束輔助。只需稍微‘搖晃’一下，直到原子掉進它該去的小孔裡，然後整個表面就平整了。放電產生電漿體的方法功率受限鏡子設計確定後，ASML需要一個特定波長的光源。基本上有三種方法來產生EUV。早期研究人員使用的第一種方法是同步輻射，但由於每台機器都需要自己的獨立光源，它很快就被排除了。另外兩種方法基於相同的原理。當電子與離子復合時，離子會下降到較低的能級，並以光子的形式釋放多餘能量。如果選對了離子，那麼光子的波長恰好就是你需要的。有兩種方法可以產生這些離子。第一種是將金屬加熱直至產生金屬蒸汽，然後在其兩端施加強電場。這會導致自由電子撞擊附近的原子並使其電離。如果此時關閉電場，電子與離子復合產生光。這就是放電產生電漿體DPP。這是ASML最初使用的概念，因為它相對簡單。但只能達到了幾瓦的功率，無法達到期望的100瓦。最終選擇高功率雷射撞擊目標材料產生EUVASML需要徹底改變方案，於是轉而採用第二種方法。這種方法使用高功率雷射撞擊目標材料，產生超過22萬℃的高溫電漿體。電子能量極大，以至於原子核再也無法束縛它們，多達14個電子脫離軌道。雷射關閉後，電子和離子復合產生光。這就是雷射產生電漿體LPP，也是唯一看起來具有可擴展性的方法。事實上，這正是之前工程測試台所使用的方法，用一台1700瓦的雷射器射入氙氣流中，產生13.4奈米的光。使用錫滴替代氙氣但氙氣有一個大問題：轉換效率非常糟糕，只有約0.5%。這是因為氙雖然在13到14奈米範圍內發光，但它在11奈米左右釋放的光更多。所以大部分能量都用來製造鏡子無法反射的光了。此外，雷射並沒有電離所有原子，剩餘的中性氙原子會強烈吸收部分13.4奈米的EUV光。於是 ASML開始研究另一種材料：錫。錫在13.5奈米左右有一個高得多的發射峰，其轉換效率比氙高出5到10倍。但與氙一樣，中性錫原子也會吸收EUV光。於是他們想出了一個瘋狂的主意：每次只發射一個微小的錫滴。但為了獲得所需的功率，必須每秒製造並擊中數萬個錫滴，且所有液滴的形狀和大小必須完全一致。通過精密調製，產生完美的錫滴事實證明，無法瞬間製造出數千個完全相同的錫滴。於是他們找到了一個折中方案。為了製造液滴，極純的錫被熔化，並通過高壓氮氣推過一個微型噴嘴。這個噴嘴以高頻振動，將液流破碎成微小的液滴。這些液滴起初在大小、形狀、速度和間距上都是不規則的，整個過程非常混亂。他們的秘密武器就是如何調製這股錫噴流，使其形成想要的、穩定的液滴。看起來噴嘴射出的所有液滴最初都是不規則的，但在到達雷射擊中點之前，這些不規則的小液滴會聚合在一起，形成間距完美、規則且大小形狀一致、速度相同的液滴。每秒產生5萬個高速錫滴這些液滴不僅必須完全相同，還必須移動得飛快。如果下一個飛來的液滴離得太近，它就會受到干擾並破壞下一次電漿體激發。所以ASML既要求每秒產生5萬個液滴，又要求它們飛行速度極快。到2011年，他們的雷射產生電漿體光源達到了11瓦，比之前的光源翻了一番。但他們仍受限於每小時僅5片晶圓的產出。他們需要快速提高功率，因為他們承諾到2011年底達到每小時60片晶圓的產出。使用氫氣處理剩餘的錫，保證鏡面清潔ASML這種新方法有一個重大缺陷。錫的問題在於，雖然能以很高的效率產生EUV光。需要處理剩下的錫，因為就在30釐米外，就放著蔡司製造的原子級平滑、非常精美且昂貴的鏡子。那怕只有1奈米厚的錫掉在集光鏡上，那面鏡子就報廢了。這些機器需要運行一年，ASML需要讓它在一年內保持近乎完美的清潔。他們用到的主要的工具實際上是氫氣。他們在腔體中充入低壓氫氣，可以減緩並冷卻錫顆粒。即使有些錫落到了集光鏡上，氫氣也會將其剝離，形成一種叫做甲錫烷的氣體。這樣機器在運行的同時也在進行自我清潔。但這些氫氣也會因為那些錫爆炸而變熱。因此，他們需要不斷向系統中注入新的、更涼爽的氫氣，同時排出甲錫烷和過熱的氣體。壓力和流速控制必須恰到好處。氫氣太少，鏡子會變髒；氫氣太多，不僅會吸收過多的EUV光，還會導致系統過熱。需要以360km/s的速度沖洗氫氣為了搞清楚有多少能量沉積在氣體中，我們買了一個超高速攝影機。他們觀察到，在每次電漿體激發後，都有一道衝擊波傳播到氫氣中，而且重複性極高。於是有了泰勒-馮·諾依曼-謝多夫公式，它能解釋從核爆炸到超新星爆發等各種環境下的點源爆炸。ASML團隊用這個公式，完美契合了資料。EUV光源每秒發生5萬次這種微型超新星爆發。利用這些能量計算，他們發現需要以約每小時360公里的速度沖洗氫氣，那比五級颶風還要快。“ASML EUV光刻機背後的神奇故事”蔡司即時測量鏡面角度，實現高精度控制但2012年過去了，他們仍然沒有足夠的功率。事實上，到2013年，ASML通過每秒射擊5萬個錫滴才剛達到50W。但功率增加也帶來了代價：功率越高，熱量越高。熱量最終會導致鏡子發生輕微偏移，導致光線失準和晶片層錯位。於是蔡司直接在光學系統中內建了一套神經系統，利用機器人引導的感測器即時測量每面鏡子的精確位置和角度，精度達到奈米級和皮弧度級。這種精度相當於在地面發射移到雷射到月球表面，控制雷射從月球表面一枚硬幣的一側移到另一側。這讓他們在功率增加的情況下也能控制光線。在EUV尚未成功時，就押注High NA EUV儘管蔡司在光學方面做得極其出色，ASML仍在為動力源苦苦掙扎。問題在於錫滴密度太大，這意味著大部分發射出的EUV光在到達集光鏡之前就被中性原子重新吸收了。他們轟擊液滴的方式光線不夠，碎片太多。更糟糕的是，他們預見到大約10年後將需要新一代機器——高數值孔徑（High-NA）EUV機，這種機器擁有更大的光學系統，能列印更小的特徵。他們不僅全部押注在EUV上，而且在還沒確定它能否成功之前就加倍下注。要求主要客戶投資研發但為了維持開發，他們需要巨額資金。於是ASML 聯絡了它的主要客戶，告訴他們得通過向ASML投資來讓他們能投更多錢。英特爾投資了約41億美元，三星和台積電合起來又投資了13億美元。研發得以繼續，但由於拿不出產品，客戶的耐心正在耗盡。他們在每次會議上都被‘公開處刑’，因為去年承諾的事情沒能兌現。他們會說：這是你兩年前展示的，這是你去年展示的，這是你今年告訴我的。我憑什麼相信你？”轉機：兩次雷射打擊錫滴開發團隊開始變得絕望，2013年ASML仍掙紮著提高EUV功率。最終轉機來自於改變雷射擊中錫滴的方式：不再只打液滴一次，而是打兩次。“第一槍擊中液滴，使其膨脹成薄餅狀。然後才發第二槍，即更強大的主脈衝，將其蒸發並轉化為電漿體。”這是一個重大突破。通過將目標從液滴改為薄餅狀，為雷射蒸發提供了更大的表面積，且沒有增加額外碎片或中性原子的代價，因為現在錫滴是一次性被蒸發的。到2014年，他們終於達到了夢寐以求的100W大關。使用雷射幕簾，精確擊中每個錫滴但隨著193奈米多重曝光技術的改進，意味著EUV只有在達到200瓦且每小時產出125片晶圓時才有價值。其中一個問題是，如何完美計時雷射以擊中每個液滴。這就像是你要讓一個高爾夫球落在200米外的小洞裡，不是落在果嶺上滾進去，而是直接空心入洞，每一次都要中。那些錫滴穿行在氫氣流的大漩渦中，速度極快，就像在龍捲風中射高爾夫球，然後在它降落在洞口的一瞬間被雷射擊中。為了追蹤液滴，ASML使用了雷射幕簾，可以監測液滴何時穿過。那些散射的光子會告訴他們液滴何時何地出現。從而精準告知何時發射雷射。通過真空中注入適量氧氣，讓集光鏡保持更久的清潔隨著光源功率的提升，在開始製造機器之前還有一個最後的問題需要解決。雖然氫氣保護了集光鏡免受碎片的侵害，但它並不完美。密集的高能光子和氫離子到處亂竄，損壞了集光鏡上的一種特殊頂層塗層。導致他們每10小時就得清洗一次鏡子，這對生產效率來說太糟糕了。Martin van den Brink每天都詢問進度。後來一位工程師注意到，每次他們打開機器時，鏡子突然顯得乾淨了一些。他由此受到啟發，提出給系統加入一點點氧氣，或許就能確保集光鏡能保持更久的清潔。於是他們開始實驗真空環境下所需的氧氣量，最後得出了結論：加入特定量氧氣，就能讓集光鏡保持更久的清潔。有了這個修正方案，ASML的機器可以連續運行更長時間，終於具備了商業可行性。2016年，開始交付EUV到2016年，訂單開始接踵而至。現在所有最先進的晶片都需要ASML的機器，這使他們或許成為了世界上最重要的科技公司。ASML的首批商業化機器數值孔徑為0.33，可以列印13奈米的線條。這些被稱為低數值孔徑機器，ASML目前仍在製造。但Jan的團隊早在2012年就開始研究的是下一代，它擁有更大的光學系統，能列印更小的特徵。這就是高數值孔徑EUV，數值孔徑達到0.55。單台價格超過3.5億歐元。人類第一台High NA EUV這是人類建造過最先進的機器。歷經多年、數十年的研發和數百億美元的投入，才造就了這個龐然大物。這是第一台High-NA機器。人類歷史上列印出的第一批8奈米線條，就是出自這台機器。地球上最平滑的物體全都在這台機器裡面。雷射系統被棕色的櫃子蓋住，但ASML展示了一個模型版本。一個功率僅幾瓦的二氧化碳雷射器進入這個放大器，在裡面來回反射，直到功率增加到原來的五倍。隨後它要經過總共四個不同的放大器，使最終的雷射達到20000瓦，這比切割鋼材的雷射還要強四倍。實現每秒10萬錫滴的雷射打擊ASML第一代EUV機器與最新一代之間的一個改進是擊中液滴的脈衝數量。第一個預脈衝仍將液滴壓扁成薄餅狀，但現在有了第二個預脈衝進一步降低其密度。它基本上將其變成了低密度氣體，使其稀疏化。然後最後的脈衝基本上將其全部電離。這樣，對於驅動雷射器輸出的相同功率，他們能獲得更多的EUV光。ASML目前出貨的最新EUV光源大約在500W水平，他們將頻率提高到了每秒60000次。他們的路線圖是朝著每秒10萬個液滴進發。他們現在已經在實驗室演示了每秒10萬個液滴。所以這不再是是否的問題，而是何時的問題。太瘋狂了。目前出貨的高數值和低數值孔徑機器都使用三個脈衝，並最終將擊中更多的液滴。EUV光源只是完整機器的一小部分但光源只是完整機器的一小部分。EUV光在集光鏡反射後，進入照明器。一組鏡子在光線撞擊掩範本之前對其進行整形和聚焦。掩範本位於上半部分，這個模組是在單獨的設施中建造並稍後安裝的。接著光線進入投影光學箱，這是一組縮小光線的鏡子。高數值孔徑機器可以在垂直方向將圖案縮小八倍，在水平方向縮小四倍。鏡子也更加平滑。如果低數值孔徑的鏡子有德國那麼大，最高的凸起約1毫米。但如果高數值孔徑的鏡子有世界那麼大，最高的凸起只有一張撲克牌的厚度。通過這些改進的結合，ASML將數值孔徑從0.33提升到了0.55。最後，光線撞擊晶圓。為了達到每小時列印185片晶圓的速度，掩範本以超過20g的加速度來回抽動。這超過了F1賽車加速度的五倍。這是機器內部的實際影像，不是加速播放。EUV機器需要實現驚人的精度，層間偏差小於1奈米這台機器最瘋狂的地方不在於掩範本移動得有多快，甚至不在於它能列印多小，而是它必須達到的驚人的精確度。任意兩層之間允許的最大偏差（即套刻精度）是1奈米。這是五個矽原子的精度。通常ASML系統工程師會做一個預算。整體允許誤差一奈米，然後他們將這一奈米再細分下去到每個小組。每個小組為屬於他們的那部分奈米而奮鬥。EUV光刻機充滿了迷人的反差感：如此巨大的機器、這麼多的基礎設施，只為了製造人類能規模化製造的最小的東西。你想去的地方越微觀，周圍的一切就變得越宏觀。需要7架波音747、25輛卡車運輸機器組裝、測試並獲批後，會被拆解運往世界各地。5000家供應商提供10萬個零件、3000根電纜、4萬個螺栓和2公里的軟管。ASML運輸一台高數值孔徑機器需要250個集裝箱，分裝在25輛卡車和7架波音747貨機中。儘管充滿了懷疑和挫折，EUV終於在木下博雄拍下第一張圖像30年後進入了製造領域。但即便在全世界幾乎都不相信它能成功的時候，ASML的一些人早在2001年就預見到它能行。為了讓EUV成功，他們克服了成千上萬個障礙，奮鬥了30多年。這不由得讓人想起一句話：理性的人讓自己適應世界；而不理性的人堅持讓世界適應自己。因此，所有的進步都取決於那些不理性的人。 (梓豪談芯)

據彭博社援引歐洲外交關係委員會（ECFR）旗下智庫最新報告披露，若中國持續強化對關鍵稀土元素的出口管制，歐盟或將採取“對等反制”措施——推動荷蘭政府限制ASML對中國大陸客戶現有DUV光刻機的售後服務，甚至暫停相關裝置的維護與技術支援。這一提議標誌著中歐在高科技與關鍵資源領域的博弈正從“隱性摩擦”走向“顯性對抗”。報告指出，中國自2023年起逐步收緊對鎵、鍺、鏑、鋱等用於半導體、新能源和國防工業的關鍵稀土材料的出口許可，已對歐洲多個戰略產業造成實質性衝擊。而作為回應，歐洲方面正考慮將ASML在中國市場的巨大存在感轉化為談判籌碼。中國市場：ASML不可割捨的“收入支柱”根據ASML於2025年10月發佈的第三季度財報，中國大陸市場貢獻了高達24億歐元的系統銷售收入，佔其全球系統銷售額的42%。值得注意的是，其中超過90%的訂單來自深紫外（DUV）光刻機，尤其是NXT:1980Di及以下型號的成熟製程裝置。儘管美國主導的出口管制早已禁止向中國出口極紫外（EUV）光刻機，並對部分高端浸沒式DUV機型（如NXT:2000i及以上）實施嚴格限制，但大量用於28nm及以上成熟製程的DUV裝置仍被允許交付至非敏感用途的晶圓廠，包括汽車晶片、電源管理IC、工業控制晶片等廣泛領域。這些“非先進但不可或缺”的晶片，構成了現代工業社會的底層基礎設施。一旦ASML停止對已售裝置的維護服務，將直接導致中國數百條產線面臨停擺風險。歐洲的兩難：施壓 vs. 自損然而，此舉對歐洲自身亦是一把雙刃劍。ASML首席財務官羅傑·達森在財報電話會上坦言：“即便面臨地緣政治壓力，中國仍是ASML最大且最具韌性的單一市場。我們預計2026年來自中國的收入仍將保持穩定。”若全面切斷DUV售後支援，不僅將重創ASML營收——相當於一夜損失近四分之一的系統銷售收入，還可能加速中國本土光刻裝置的替代處理程序。這正是前CEO彼得·溫寧克多年來反覆警告的風險：“封鎖只會催生更快的自主創新。”事實上，這一趨勢已然顯現。在2025年上海灣芯展上，由上海微電子拆分成立的“上海芯上微裝”首次公開展示多款面向化合物半導體與先進封裝的國產光刻裝置。據《科創板日報》現場採訪，該公司核心團隊均來自原上海微電子光刻項目組，明確以“快速市場化”和“前道裝置攻關”為戰略目標。雖然目前尚無7nm以下邏輯晶片用國產光刻機問世，但中國已在刻蝕、薄膜沉積、清洗、量測等環節基本實現裝置全國產化。光刻，成為最後一塊“硬骨頭”。技術現實：DUV仍是不可替代的主力儘管EUV被視為摩爾定律延續的關鍵，但其高昂成本令多數廠商望而卻步。第一代EUV光刻機售價超1.2億美元，而新一代High-NA EUV更是飆升至3.8億美元。即便是台積電這樣的行業龍頭，也對大規模部署持謹慎態度。相比之下，DUV技術成熟、性價比高，配合多重曝光工藝，仍可支撐14nm甚至7nm晶片的量產——中芯國際即在2023年利用ASML NXT:1980Di裝置成功試產7nm晶片。兩年過去，受限於裝置獲取瓶頸，中國先進製程雖未突破5nm，但在成熟製程領域產能持續擴張，對DUV裝置的依賴有增無減。博弈升級：資源與技術的“相互挾持”歐洲智庫此次提議，本質上是一場“資源換技術”的戰略試探。稀土是晶片製造中不可或缺的材料——從磁體到拋光液，從雷射器到感測器，無不依賴稀土元素。而光刻機則是晶片製造的“心臟”。雙方各自握有對方難以短期替代的關鍵資產。但這場博弈的風險極高。若歐洲真對ASML售後下手，不僅可能觸發中方更嚴厲的稀土反制，還可能徹底激化中國加速建構“去美化+去歐化”供應鏈的決心。屆時，ASML或將永久失去全球最大半導體增量市場。正如一位不願具名的歐洲半導體分析師所言：“用今天的收入去賭明天的談判優勢，是一場危險的豪賭。而中國，已經不再是沒有備胎的玩家。” (晶片研究室)

01 前沿導讀據美國科技媒體Wccftech轉載《金融時報》的資訊報導稱：中國企業正在測試一款全新的前端製造裝置，該裝置搭載了浸潤式系統，可以製造14nm、7nm等製程工藝的晶片，這與ASML的浸潤式DUV光刻機在技術上面如出一轍。02 自主裝置自從美國對荷蘭政府施壓，對華封鎖了EUV光刻機之後，中國企業又花費了大量資源從ASML採購了未被限制的DUV光刻機，這些裝置在2022和2023年期間進行了集中交付。並且在同一年當中，中國的5G國產7nm晶片實現量產商用。2024年，美國政府的新一輪制裁來襲，在之前的基礎上實行DUV光刻機的出口限制，將NXT：1970i、NXT：1980i、NXT：2000i及以上型號這些較為先進的浸潤式DUV光刻機全部封鎖，切斷ASML與中國市場的一切合作。美國經濟歷史學家克里斯·米勒在其個人作品《Chip war》中寫到：中國第一步的發展方案是建立一個去美化的供應鏈體系，也就是在製造晶片的整個環節當中將美國供應商剔除，採用歐洲或者是亞洲的技術裝置。建立一個尖端、全國範圍內的供應鏈至少需要10年以上的時間，這段時間的投入成本將會超過1兆美元，一上來就走純國產供應鏈體系，相當不划算。並且在2024年的世界知識論壇當中，米勒也提到了EUV光刻機是ASML吸納了全球頂尖供應商，花費了30多年才完成的裝置，是人類迄今為止在工業裝置領域最複雜的產品。光是製作光源部件就需要450000個零部件以上，如果將每一個零部件全部國產化，那麼這個代價是不可估量的，除了必要的資金投入之外，還需要專業的技術人員和基礎的資源供應，這是一項需要打持久戰的工程。荷蘭科技記者馬克·海金克幾年前對ASML公司進行了專訪，他採訪了包括馬丁·范登布林克、范霍特、彼得·溫寧克在內的核心領導者。據ASML的領導層表示，早在2018年和2019年的時候，ASML就已經發現中國的上海微電子公司正在攻克浸潤式技術。該技術對於中國企業來說難度不小，那怕是造出來了國產浸潤式光刻機，距離投入生產線製造晶片也還需要一定的時間。不過美國的制裁限制，給了中國企業機會，迫使許多中國企業開始投入大量的資金去抱團發展，解決卡脖子的困境。中國的國產光刻機雖然較國際水平落後，但是在美國的封鎖下，中國晶片公司會主動採用國產裝置來製造晶片。在實際的製造中不斷提升自身的技術水平，中國企業很有可能將會在眨眼間變得羽翼豐滿，縮短與歐美國家的技術差距。03 全產業發展以往的國產裝置發展，其困難點不在於技術開發，而在於市場化發展。裝置是需要拿出來用的，是需要投入市場創造利益價值的，而不是放在實驗室裡和紙面的技術報告上。但是推動國產裝置的市場化發展又需要企業的支援，國外的裝置在性能和價格上優勢巨大，這也就造成了國內的企業不願意優先採用國產裝置，產業鏈陷入死胡同。這種局面需要有企業站出來支援國產裝置，並且帶動整個產業鏈變得活躍起來。美國的制裁在一定程度上推動了國產自主裝置的發展，但是也讓中國裝置企業出現了惡性競爭的情況，讓研發國產裝置變成了替代國產裝置，同類型企業之間不斷通過推出新產品來搶佔國內市場，造成產業鏈抗風險能力大幅度下降。中微半導體的董事長尹志堯先生在今年的半導體大會上面重點提到了這件事，並且呼籲國內的企業不要內卷，要分工明確的聯合起來一起解決卡脖子的問題。不管是北方華創、中微半導體、新凱來這種裝置公司，還是最近被爆出來的國產浸潤式光刻機，其背後均有國家政府的力量支援，正在一步步推動國產供應鏈的正循環發展。 (逍遙漠)

最近德國蔡司放出了一個讓整個科技圈都炸鍋的觀點：DUV技術的重要性要遠遠大於EUV技術 。這話聽起來是不是有點顛覆認知？畢竟現在媒體天天在吹EUV有多麼先進，但蔡司卻說，真正撐起晶片產業的其實是DUV。有意思的是，美國的制裁非但沒有卡住中國的脖子，反而讓中國在成熟晶片領域成了最大的受益者。我先給大家解釋一下這兩個技術。EUV就像是晶片製造界的“法拉利”，技術確實很先進，但價格也貴得離譜。一台EUV光刻機要1.5億美元，中芯國際2018年買一台，就花光了整整一年的利潤。DUV更像是“公車”，雖然看起來沒那麼炫酷，但實用性強，成本也相對合理。蔡司的資料顯示， 全球80%的微電子晶片都是由DUV光刻機製造的，其中95%的晶片離不開DUV技術 。你看，這就像是城市交通一樣，法拉利雖然好，但真正承擔運輸任務的還是公車和計程車。蔡司是全球光刻機鏡頭的獨家供應商 。不管是ASML的EUV還是DUV裝置，裡面的核心鏡頭都只有蔡司能做。他們最清楚那種技術在實際生產中更重要。有時候我真覺得美國的制裁策略有點“弄巧成拙”。本來想通過禁售EUV光刻機來卡中國的脖子，結果卻把中國推向了一個更廣闊的市場。EUV買不到，那就專心搞DUV。2022年和2023年，中國企業瘋狂向ASML採購DUV光刻機和配套材料，這些裝置現在正在高效地生產成熟晶片，滿足全球市場需求。當海外企業越來越依賴中國生產的成熟晶片時，中國在全球半導體產業鏈中的話語權就會越來越大 。別以為DUV就是落後技術。特別是浸潤式DUV光刻機，裡面可是有真正的黑科技。台積電的前工程師林本堅想出了一個絕妙的辦法：在光刻機鏡頭和晶片之間加一層超純水。光在水中傳播時波長會變短，這樣就能把解析度提升到40奈米以下。憑藉這個技術，國產DUV裝置2024年已經能批次生產28奈米晶片，良率從30%提升到70%。成熟晶片的市場規模其實比先進晶片大得多 。拿汽車產業來說，一輛新能源車除了自動駕駛晶片需要7奈米製程，其他的電機控制、電池管理、車門鎖控制，全都是28奈米以上的晶片。這些晶片不追求跑分，只追求十年不壞、成本兩塊錢一顆。工業控制、智能家電也是一樣的道理。冰箱的晶片根本不需要什麼7奈米製程，只要穩定、耐用、便宜就行。中國大陸在28nm及以上成熟晶片產能中佔據全球33%的份額，而且這個優勢還在持續擴大。面對技術封鎖，中國選擇了一條很聰明的路： 先把成熟晶片市場做紮實，形成技術積累和產業生態，再逐步突破高端技術 。中國企業現在手裡握著大量的DUV裝置，這些裝置可以持續高效地生產成熟晶片。 一旦中國在全球成熟晶片市場佔據主導地位，就等於深度融入了全球半導體產業鏈 ，讓海外企業對中國產品產生依賴性。晶片產業的競爭從來不只是技術的競爭，更是市場和產業鏈的競爭。美國想通過技術封鎖來維持霸權，但忽略了一個基本事實： 市場需要的不僅僅是最先進的技術，更需要穩定可靠、性價比高的產品 。中國現在做的，就是把這種基礎能力做到極致，然後在此基礎上穩步向高端技術邁進。 (陳老的茶話會)

編者按:2025年3月，上海國際半導體展的鎂光燈下，一家中國企業的展台被圍得水洩不通。展台上，一台標註著“中國首台全自主28nm DUV光刻機”的裝置正在運行，玻璃罩內，雷射束精準地切割著矽片，如同在雕刻一塊微縮版的中國地圖。這家名為“新凱來”的企業，四年前還只是華為內部一個不足百人的研發部門。而此刻，它帶著31款裝置向ASML、應用材料等國際巨頭髮起正面挑戰。全球半導體產業的地殼運動，正在這家企業的展台上悄然發生。01 華為的“技術遺產”與一場隱秘的交接2021年的華為，正處於“至暗時刻”。美國商務部的一紙禁令，讓這家中國科技巨頭的全球供應鏈驟然斷裂。時任華為輪值董事長的徐直軍在一次內部會議上說：“我們要用三年時間，在半導體領域再造一個‘備胎計畫’。”鮮為人知的是，這場自救運動中埋下了一顆關鍵火種——華為將“星光工程部”整體剝離，轉由深圳國資委控股的深芯恆科技投資公司接手。這個成立於2018年的部門，原本承擔著華為自研半導體裝置的使命。在矽谷某智庫的評估報告中，這個部門被標註為“中國最危險的半導體技術儲備庫”。“這不是簡單的資產剝離，而是一次戰略性的技術轉移。”一位接近交易的投行人士透露，華為通過股權設計保留了核心技術授權和優先採購權，而深圳國資委則以500億元產業基金為新公司注入“國家資本”。這種“民企基因+國有資本”的混改模式，後來被業內稱為“新凱來模式”。02 破壁之戰：在技術無人區架橋鋪路半導體裝置被稱為“工業皇冠上的鑽石”，全球前五大裝置廠商壟斷著85%的市場。當ASML的EUV光刻機被西方嚴密封鎖時，新凱來選擇了一條更艱難的突圍路徑。2023年，其與哈爾濱工業大學聯合實驗室傳出突破：基於深紫外（DUV）光源的“多重自對準圖形化技術”，成功在45nm光刻機上實現7nm晶片試產。“這就像用普通手術刀完成了顯微外科手術。”中科院微電子所所長葉甜春評價道。儘管這種工藝的成本比EUV高出30%，但它讓中國首次觸摸到先進製程的脈搏。更值得關注的是，新凱來同步佈局的奈米壓印光刻技術，正在蘇州實驗室進行第三代原型機測試——這項可能顛覆傳統光刻路徑的技術，被日本經濟新聞稱作“東方人的技術奇襲”。刻蝕機的“極限遊戲”在刻蝕裝置領域，新凱來上演了更具戲劇性的逆襲。2024年，其“武夷山”系列刻蝕機進入中芯國際14nm產線，將晶圓良率從55%提升至78%。這背後是一組震撼的資料：裝置腔體溫度波動控制在±0.01℃，電漿體密度均勻性達98.7%，這些指標已超越應用材料同類產品。在深圳龍崗的華為基地，有一條直通新凱來研發中心的專用光纜。這條每秒傳輸40TB資料的“數字臍帶”，見證著兩個企業間複雜的共生關係。“我們給新凱來的不是訂單，而是一整套技術需求圖譜。”華為海思某負責人透露，從5G基站晶片的耐高溫要求，到手機處理器對鰭式場效應電晶體的特殊結構，華為將十年積累的“需求庫”向新凱來開放。這種深度協同產生了驚人的化學反應：新凱來ALD裝置研發周期從24個月縮短至14個月，故障預測演算法精準率提升至95%。更隱秘的是資本層面的聯動。通過深創投旗下的半導體母基金，新凱來與華為投資的科益虹源（光刻膠）、晶瑞電材（高純試劑）等企業形成技術聯盟。這種“鏈主企業+專精特新”的生態矩陣，正在重構中國半導體產業的底層邏輯。03 國家意志與市場邏輯的共振在新凱萊蘇州工廠的牆上，掛著三幅意味深長的照片：2000年張汝京創辦中芯國際時與上海市領導的合影；2014年國家積體電路大基金成立儀式；2022年新凱來首台光刻機下線場景。這三張照片，勾勒出中國半導體產業從市場換技術到自主創新的歷史轉折。國家大基金二期70億元的戰略投資，助力新凱來在三年內建成三大研發中心。新凱萊研發投入佔比始終保持在35%以上，是行業平均水平的2.3倍。這種投入強度背後，是國資委考核指標的創新——對新凱來的評估中，專利數量權重高於營收增速。但國家資本並未取代市場規律。在深圳國資委的混改方案中，新凱來管理層持有15%的期權池，核心技術人員享受項目利潤分成。這種“國家隊掌舵、市場機制划槳”的模式，或許正是其能快速迭代的關鍵。04 全球產業鏈的“中國變數”2024年，應用材料公司在年報中首次將新凱來列為“戰略級競爭對手”；ASML則緊急調整對華銷售策略，向中國開放部分DUV光刻機限購。這些變化背後，是一個正在被重塑的全球權力結構。諮詢公司貝恩的報告顯示：到2026年，中國半導體裝置國產化率將從2021年的7%提升至35%。而新凱來在其中扮演著“鏈主”角色——其供應商名單上，富創精密的真空腔體、江豐電子的靶材、華卓精科的雙工件台，這些曾經依賴進口的部件，如今都打上了中國製造的烙印。更具象徵意義的事件發生在2025年1月：新凱來宣佈在德國慕尼黑設立歐洲研發中心，這是中國半導體裝置企業首次在西方技術腹地建立前哨站。正如《經濟學人》評論：“當中國人開始輸出半導體技術標準時，全球化進入了新回合。”05 未完成的戰爭：在刀鋒上起舞雖然取得了重大技術突破，但是我們仍需保持清醒。畢竟，新凱來的28nm光刻機良率仍比ASML低15個百分點；其刻蝕裝置尚未進入台積電、三星的採購名單；在EUV領域，中國仍落後至少兩個技術代際。但歷史總是給予破壁者超額獎賞。1930年代，美國通用電氣衝破歐洲企業對鎢絲燈泡的壟斷；1970年代，日本尼康在光刻機領域超越德國蔡司；今天，新凱來們正試圖在半導體裝置領域復刻這些傳奇。後記新凱來的故事，本質上是兩種力量的交響：一個是華為代表的民營企業創新動能，一個是國家主導的產業升級意志。當這兩種力量在半導體領域交匯，產生的能量足以擊穿技術鐵幕。正如卡爾·馬克思在《資本論》中所言：“產業革命在它的故鄉英國準備好了的前提，在別處可能以政府主導的方式完成。”在21世紀的半導體革命中，中國正在書寫這個命題的新答案。新凱來的英文名Sicarrier本身的表達就是一種雙關:既做矽基攜帶者和引領者，又要成為新事物的繼往開來者。苟日新，日日新，又日新。期待新凱來凱旋歸來的那一天！ (哎呀AI)

你可能不知道，問世超過20年的DUV光刻機，還在發光發熱。沒有EUV的情況下，使用浸潤式DUV光刻機+多重曝光技術生產5nm晶片完全可行，不計代價的情況下甚至能做到3nm。儘管理論上可行，且在7nm節點上已被主流晶圓廠驗證過，但這需要諸多條件同時滿足，比如多重曝光中關鍵的“套刻精度”——多次曝光之間圖形對準的精度。此外，也還涉及到許許多多的製程手段，比如PSM相移光罩、模型光學臨近效應修正、過蝕刻、ILT反演光刻等，甚至基於最新的DSA定向自組裝光刻技術，在不依賴更高解析度光刻的情況下，也有生產5nm晶片的可能。當然，這麼做需要付出高昂的成本，一般晶圓廠不會採用這種極端的手段來量產先進工藝晶片，畢竟主流的方案都是經過市場優勝劣汰，篩選出來的最符合商業邏輯的製造方式。我們先從一個基礎知識講起，但如果你對工藝節點有系統的認知，可跳過第一部分。5nm是文字遊戲？想要搞清楚浸潤式光刻機+多重曝光到底能否做到5nm之前，需要先釐清什麼是5nm。在展開說線寬的話題之前，我們需要知道，電晶體的作用，線寬在這裡面扮演的價值。電晶體通過柵極（Gate）來控制電路的導通和截止，導通代表1，截止代表0，以此來實現二進制計算。柵極長度（Gate length）越小，電流通過電晶體的源極（Source）、漏極(Drain)的速度就越快，即晶片的性能越強。* 圖1：MOSFET場效電晶體平面結構示意圖過去，電晶體的柵極長度被定義為線寬，和工藝節點名保持一致，光刻、沉積、刻蝕、擴散都是縮小線寬的核心製程。隨著FinFET、Nanasheet這些立體的電晶體結構的問世，半導體行業開始著重突出等效性能的概念——雖然叫14nm，但它的柵極長度遠不止14nm。例如，英特爾的14nm工藝，柵極長度是24nm，台積電的7nm工藝，柵極長度是22nm。另一方面，線寬並不能作為衡量電晶體密度的特徵參數，這是因為即便線寬很小，但如果柵極之間的間距很大，單位面積內容納的電晶體數量依然無法提升。這個時候，如果要表示元件的微縮程度，就需要引出另一個關鍵指標——周距（Pitch，也有節距的叫法），如下圖。比如，過去1個單位面積下有9個電晶體，通過縮小周距，可容納10個電晶體。* 圖2：線寬/柵極長度、周距與半周距的關係90年代，0.35μm以前，工藝節點、半周距（Half pitch，即周距的一半）與柵極長度均一致，但在這之後，半周距、柵極長度與節點的對應關係出現分歧。從下面的圖表我們可以清楚看出節點，半周距與柵極長度的關係與演變。回到最開始的話題，當我們在說5nm的時候，其實只是在說它的製程節點，而並不是實際的線寬。許多朋友喜歡說，現在各家半導體大廠宣稱的多少nm工藝都是行銷話術，嚴格意義上，20年前所有工藝節點都是如此。10年前，行業進入14nm的FinFET立體結構時代，則徹底地打破節點、周距、柵極長度與線寬的關聯。沒有統一的標準自然會被企業拿來玩文字遊戲模糊概念，三星在其14nm節點首開先河，台積電為了不落人後馬上跟進，但保守的定義為16nm，只有自詡為“摩爾定律”堅定追隨者的英特爾，當時還在死磕傳統線寬的命名方式，直到2021年才全面修改節點命名，跟隨競爭對手的節奏。但這有問題嗎？其實一點問題都沒有。電晶體早就從平面變為立體結構，如果我們把線寬的概念轉化為單位電晶體密度(MTr/mm2，即每平方毫米百萬電晶體數)，會發現摩爾定律並沒有消亡，只是以一種不同的形態繼續生效——電晶體單位密度仍一直在增加——原本摩爾定律規定的就是“電晶體數量每18個月提升一倍”。電晶體密度江湖裡的搏殺針對電晶體的各種特徵尺寸多而複雜，每個廠商都有不同的定義設計，不同廠商相同製程工藝的產品也不完全具有可比性。目前直觀比較各家製程差異的唯一辦法，就是回歸摩爾定律的本質，對比電晶體密度，即單位面積內的電晶體數量 : MTr/mm2(每平方毫米百萬電晶體)。下面的圖表將可以讓大家對主流Fab在各種節點的尺寸與電晶體密度變化有直觀的比較, 這張表將能讓你對半導體行業有一個全新的認知。備註1 : "CCP: 接觸柵極間距" ,  "cell height: 單元高度" , "Fin Pitch: 鰭間距" , "MMP: 最小金屬間距" ,  "MTr/mm2: 每平方毫米百萬電晶體數量"備註2:  2024下半年可能量產的N+3也就是傳言已久的中國國產5nm在120左右 , 約為台積電N6或N7+水平，與真正的5nm(180Mtr)差距不小。備註3: TSMC 從3nm開始採用PPA也就是功耗（Power）、性能（Performance）和面積（Area）來闡述晶片製程的提升 , 密度僅作為輔助資料 , 舊的MTr路線圖不再適用 , 3nm的MTr僅供參考 , 2024推出的N3E PPA高於2023的N3B但電晶體密度卻更低 .根據上表的資料，在14nm節點英特爾、台積電、三星單位電晶體數量都是每平方毫米0.3億顆左右。10nm開始，英特爾將14nm+++改為Intel 10，名字是跟上了，但電晶體數量卻成了倒數第一，而三星則是在10nm的最佳化版，即三星的8nm節點，才提升至與台積電大致水平。2018年台積電利用浸潤式光刻機1980Ci，配合四重曝光技術率先量產7nm，三星在隔年以更先進的EUV光刻機應戰，但失去了先機，加上對EUV光刻機的熟悉不足，結果良率低下，最後以自家三星手機放棄獵戶座晶片，轉而搭載高通晶片以及開出比台積電低30%的代工費用，勉強留下大客戶高通，英特爾這時候還在擠14nm+++的牙膏，7nm一役台積電大殺四方。台積電7nm從DUVi的N7、N7P，到EUV的N7+及N6共四個版本，電晶體密度從0.91提升到1.16億，三星為0.95億，英特爾2020年才量產1億電晶體密度，而在這個節點上，台積電已先一步幫華為生產出全球首款5nm手機晶片麒麟9000，電晶體密度達1.5億+。2020年，三星宣佈量產5nm，但電晶體密度只從7nm的0.95億小幅提升至1.27億，改良版4nm也只有1.37顆億電晶體，遠遠不如台積電初代5nm的1.5億，與台積電1.8億的5nm改良版N4P差距更大，只能算作7nm的升級版。3nm節點上，三星也存在類似的問題。2021年英特爾宣佈全面改名節點，英特爾10nm改成Intel 7，原本的7nm改成Intel 4，並把後續節點細化成了Intel 3、Intel 20A、 Intel 18A。英特爾CEO帕特·基辛格雖然提出了4年5個節點的路線圖，但實際上Intel 7本身就是已量產的10nm，Intel 4與Intel 3是同一節點的細分最佳化版本，所以這5年真正要攻克的是3個節點。中國方面，這次央視報導的中國國產5nm，應該就是市場沸沸揚揚傳了多年的N+3工藝，去年原本要搭載在某旗艦手機上，結果delay了，本來想今年旗艦手機肯定能上，結果被這顆給搶了頭香。至於這顆所謂中國國產5nm的工藝細節就在上面MTr的表上，而且很快就會有各路的拆解報告與電鏡的分析，大家可以拭目以待。如果以台積電標準來看，這顆中國國產5nm只能說是7nm最佳化版，畢竟MTr與台積電5nm有不少差距，與三星的假5nm還要差點但也接近，所以玩點文字遊戲叫5nm也沒問題，更精準的叫法應該稱為6nm。目前半導體行業多少nm已經是各家半導體fab各說各話的行銷話術，三星能玩文字遊戲，我們當然也可以，筆者給出MTr表來橫向比較，只是讓同學們可以有一個更直觀的對比。各家工藝分析對比可加入筆者知識星球瞭解，有更為詳細全面的分析。有一個現像是值得注意的——摩爾定律的節點推進時間從原本18個月到24個月，進入7nm以後則是延緩到24~30個月，2018年量產7nm，2020年量產5nm，2023量產3nm，2025量產2nm，大概為2~3年左右推進一代。以目前可知技術來看，1.4nm還能保持目前速度，1nm往後節點大機率拉長到40個月以上，但這只是線寬微縮的放緩，並不影響電晶體數量的提升不過後摩爾定律時代，電晶體提升沒辦法像以前每次翻倍的增長，增長越來越少是必然趨勢。在可以確定的20年內，也就是後摩爾定律時代晶片電晶體的總數將持續快速增長，甚至在單晶片功耗上超越原本的摩爾定律。比如3月份台積電的劉德音與黃漢森在IEEE發表的文章，預測未來10年內，人類就可以製造出一兆顆電晶體的GPU單晶片，而且未來不再是通過單一以光刻機技術為代表的線寬微縮手段來提升電晶體數量，結構的最佳化、2D新材料以及先進封裝每一個技術，都能有效並持續的提升電晶體數量。量產與良率成為模糊地帶過去搶先量產，是英特爾、三星、台積電三強競爭的重要關鍵，誰先量產誰就能掌握先機。但現在，各家對節點定義的差距巨大，比如都說自己是5nm，但電晶體密度天差地別，從這個角度來看，對台積電還有一點點威脅的是英特爾，三星已經不在競爭的行列。三星還有個玩法就是在良率上動手腳，一個新節點多少良率才算是達到量產水平，這是最說不清的環節。按台積電的做法，有外部客戶願意在當前良率下單，並順利產出才稱為量產，也就是所謂的商業量產。三星每個節點的首發客戶基本都是內部的三星電子，一般在低良率階段開啟風險試產並同時對外宣稱量產。將研發中個位數良率拿來宣佈量產，這麼做只是為了宣傳，不會有任何實質意義，因為良率不足的壞片，慣例是由客戶承擔，同等密度情況下，客戶肯定是優先下單給良率最高的晶圓廠。在密度跟良率都落後的情況下，只有降低代工費用才能搶到零星客戶，還得承擔良率不足的壞片成本，但晶圓廠這麼幹，沒有任何賺錢的可能性。有一點需要注意，相關廠家有時候會透露自己良率已經到60%甚至80%，但這其中也有模糊地帶，一般情況下80%的良率，只是對應礦機ASIC這種簡單晶片，手機AP（Application Process，手機中的應用處理器CPU）的良率則有可能不到50%，而如果是GPU這類面積大的晶片可能只有20%出頭。同樣的7nm工藝，生產不同產品良率截然不同，但廠家可能只告訴你最好的那個，這也是行業的貓膩之一。晶圓廠的量產時間與良率是一個可以大做文章的模糊地帶，這種對比絕非簡單製程節點的同比，而要看單位面積的電晶體密度以及真正可以拿到商業客戶訂單的量產時間與良率，才叫商業量產。2020年，三星宣佈量產5nm晶片，看似贏了對手，但一比較兩者電晶體密度與良率，就會得出完全相反的結果。這個現像在中國的fab更為常見，不過好在中國fab有大量的政府補貼，良率低沒事，只要能做出來就好，這是第一要務，只要能做出來，隨著時間推移，良率自然越來越高，我們的fab甚至有比沒客戶的三星有更多的實操經驗，這可是最寶貴的。沒有EUV，怎麼做5nm？前面的幾個部分，給大家講了過去的5nm、現在的5nm對應的概念。簡單總結，20年前如果說5nm，對應的就是線寬，電晶體的柵極長度，但是今天再說5nm，實際上就是一個工藝節點的符號，比起這個符號，單位面積下的電晶體密度才能高下立判。接下來，我們將通過一系列的講解，來告訴大家，在沒有EUV光刻機的情況下，通過那些手段，來實現所謂的“5nm”、“3nm”，根據林本堅博士的講座，我們可以先從一個核心的光學解析度公式開始（提示：這不需要太多數學基礎，往下看即能看懂）：半周距Half Pitch = k1λ／sinθ。Half Pitch：參照文章圖2，線寬/柵極長度+線與線的間距即Pitch，再乘以1/2即Half Pitch。k1：與工藝有關的係數，縮小Half Pitch的關鍵，是所有晶圓廠光刻工藝工程師致力縮小的目標,也是我們要討論的核心。λ：光刻中使用光源的波長，從g-line的436nm，降到EUV的13.5nm，是光刻機製造商努力的目標。sinθ：與鏡頭聚光至成像面的角度有關，基本由鏡頭決定，也是光刻機製造商努力的目標。不過由於光在不同介質中，波長會改變，在考慮如何增加解析度時，需要將透鏡與晶圓之間的介質（折射率n）一併納入考量，公式則變成了Half Pitch = k1λ／nsinθ（註：nsinθ即光刻機的數值孔徑NA）* 圖3：光線通過透鏡系統聚焦成像示意圖，n為介質折射率，θ為鏡頭的聚光角度以193nm光源的浸潤式光刻機為例，其k1為0.28，水的折射率n為1.44，sinθ為0.93，其Half Pitch=（0.28×193）/（1.44×0.93）=54.04/1.3392≈40nm，即解析度為40nm。所以，如果要提高光刻機的解析度，可以調整公式中的變數，擴大分母或者縮小分子，對應有四種可能性：即增加聚光角度，提升sinθ、提高介質的折射率n、降低k1係數、採用波長更λ更短的光源。其中，降低k1係數是目前晶圓廠層面最大的突破口之一，可重點關注。1）提升sinθ：研發巨大複雜的鏡頭sinθ與鏡頭聚光角度有關，數值由鏡頭決定，sinθ越大，解析度越高。光刻機所使用的鏡頭由非常多大大小小、不同厚薄及曲率的透鏡，經過精確計算後，仔細堆疊組成的，需要靠起重機來吊裝，目前光刻機的鏡頭系統接近6000萬美元，EUV鏡頭系統甚至超過一億美元。* 圖4：0.9NA光刻機鏡頭系統，NA（數值孔徑）= n × sin θ做得這樣複雜也是為了儘可能將 sinθ逼近理論極值1。目前ArF光刻機的鏡頭可將 sinθ值做到0.93，EUV光刻機目前只能達到0.33，Hyper-NA EUV的目標值是0.75，也是ASML的終極項目，如果未來沒有新技術發明出來，這很可能是晶片物理光刻技術的終結。2）縮短波長：材料與鏡頭的精準搭配縮短波長主要依靠光源的改變，比如g-Line，i-Line的UV(紫外光)，KrF，ArF的DUV(深紫外光)再到目前13.5nm波長的EUV(極紫外光)，如果波長再短就是X-ray。改變光源可以獲得想要的波長，但鏡頭的材料也必須相應改變，材料可選項也會越少。另一種解決方案是在鏡頭組中加入反射鏡（下圖黃色部分），這樣的鏡頭組合稱為反射折射式光學系統。不管什麼波長的光，遇到鏡面的入射角和反射角都相等，以反射鏡取代透鏡，就可以增加對光波頻寬的容忍度。* 圖5：193nm的ArF光刻機所使用的鏡頭系統，從圖中可看到在透鏡組合之間加入了反射鏡。到了EUV的13.5nm波長時，整組鏡頭都採用反射鏡，稱為全反射式光學系統，這種系統必須設計得讓光束相互避開，使鏡片不擋光線。此外，相較於透鏡穿透的角度，鏡面反射的角度對誤差的容忍度更低，必須非常精準。光源改變不僅會影響鏡頭材料，也牽涉到光刻膠的材料，涵蓋化學性質、透光度、感光度等特性，這也是個浩大的工程，需要無數的材料及配方去應對不同製程的layer。其中，感光速度是節省製造成本的關鍵，每次曝光多幾秒那對晶片製造來說都是不可承受的成本。3）提高折射率n值：浸潤式光刻技術在增加解析度的路上，還可以調整鏡頭與晶圓之間的介質。由前台積電研發副總林本堅提出的浸潤式技術中，將介質從折射率接近1的空氣，改成折射率1.44的水，形同193nm波長等效縮小1.44倍至134nm。* 圖6：乾式光刻系統與浸潤式光刻系統的差異浸潤式技術讓半導體製程可以繼續使用同樣的波長和光罩，只要把水放到鏡頭底部和晶圓之間就好。理論很簡單但難點在於，例如浸液系統中的DI Water（去離子水）中的空氣會產生氣泡，必須完全清除，且要讓水快速流動使之分佈均勻，保證成像效果。我們瞭解過，ASML浸潤式光刻機的Alpha機，單單浸液系統，在台積電南科專門跟林本堅團隊修改了7-8回，耗時兩年多。Alpha機完成後的Beta版還得組織龐大的人力在晶圓廠消耗無數晶圓，把原本上千個缺陷，降到幾百個、幾十個，最後降到零，這是一個艱苦的過程。4）降低 k1：解析度增益技術（RET）提高解析度的最後一條路，就是降低 k1值，這是晶圓廠裡光刻工藝工程師工作的重中之重，也是離我們最近的一條路線。將k1降下來，是DUV光刻機製作5nm晶片的關鍵。首先要解決的問題是“防振動”，就像拍照防抖一樣，在曝光時設法減少晶圓和光罩的相對振動，使曝光圖形更加精準，恢復因振動損失的解析度；其次是“減少無用反射”，設法消除曝光時晶圓表面所產生的不必要的反射。改良上述兩項參數，實測的資料顯示，基本可以將k1控制在0.65的水平。進一步提高解析度還需要使用到雙光束成像，分別有偏軸式曝光及相移光罩兩種。偏軸式曝光是調整光源入射角度，讓光線斜射進入光罩。透過角度調整，這兩道光相互干涉來成像，使解析度增加並增加景深。相移光罩則是在光罩上進行處理，讓穿過相鄰透光區的光，有180度相位差。這兩種做法都可以讓k1減少一半，但都屬於雙光束成像的概念，不能疊加使用。到這裡，基本可以使k1控制在0.28。再進一步降低 k1，殺手鐧是用兩個以上的光罩，也就是大家耳熟能詳的多重曝光。最通俗的解釋就是將密集的圖案分工給兩個以上圖案較寬鬆的光罩，輪流曝光在晶圓上（如下圖7）。圖7：28nm光刻機使用的光罩示意圖，光透過白色孔照射在晶圓的光刻膠上呈現黃色圓點，借助2個光罩分兩次曝光，以實現解析度的提升不過，因為曝光次數加倍，在WPH（晶圓片數/小時）不變的情況下，晶圓產出效率降低了一半，多次曝光也將導致良率的降低，更低的產出加上更低的良率，這對“成本即一切”的半導體行業來說是不可承受之重，而曝光次數增加導致的低產出無可避免，工程師們唯一可以挽救的唯有良率。在浸潤式光刻機上，疊加使用光學鄰近效應修正、光源與光罩聯合最佳化等技術，可以讓k1值下探到0.2，解析度可達28nm。採用雙重曝光，k1可以從初始的0.28降至0.14，解析度則達到20nm。採用四重曝光則可以將k1降到0.07，解析度達到10nm左右，甚至比EUV光刻機的11.5nm的解析度更高，這就是浸潤式光刻機多重曝光做7nm、 5nm甚至3nm的理論依據。雖然理論簡單，但實踐起來就沒那麼容易，這其中自對準多曝光技術最為重要，借助這項技術可以讓k1值成倍的縮小，而這項技術最關鍵的就是光刻機的套刻精度(Overlay)，它決定了晶片上下層的對準精度，進而決定了多重曝光的良率。提高套刻精度的辦法之一，就是拿到更高精度的裝置，比如2100i DUV光刻機。另外，每家晶圓廠掌握的技術也不盡相同，目前能把多台套刻精度（MMO）做到無限接近單台套刻精度（DCO），全世界僅台積電一家。這是基於光刻機性能以外的know how，有兩個資料可供參考：台積電用MMO:2.5nm的1980ci光刻機+四重曝光良率超過80%，而我們大陸廠用MMO:1.5nm的2050i+四重曝光下，經過2年的不斷努力，良率接近50%。去年，比利時微電子研究中心（IMEC）去年發佈了浸潤式光刻機借助八重曝光做5nm的技術方案。其他技術路線上，IMEC和Mentor還共同建立不需加入任何冗餘金屬，沒有額外的電容SALELE(自對準-光刻-刻蝕)技術，以及跳脫了傳統使用光罩的光刻，以材料研發為方向，先合成聚合物再加熱處理產生特殊的化學互動作用，就會自動對齊成為比原來小四分之一結構的“定向自組裝技術”（Directed Self-Assembly，DSA）。另外，由於EUV太容易被吸收，無法像DUV一樣用水折射增加折射率n值，ASML通過High-NA，Hyper-NA提高sinθ這種路徑最終會走到盡頭，所以晶圓廠製程端，可以大幅度降低k1的多重曝光就成了不論DUV，還是EUV都繞不開的技術，這也意味沉積與刻蝕裝置更加的重要，AMAT、LAM、TEL三巨頭無不卯足了勁發展相關技術，包括更複雜的脈衝，更精細的控制，更大功率的工具，尤其是原子層沉積與刻蝕技術，都將改變原來的工藝路線。總結根據ASML的公開資料顯示 , 可能已有2100i光刻機進口中國 , 這是做多重曝光的神兵利器 , 擁有目前市面上最高套刻精度的DUV浸沒式光刻機 , 那麼用2100i光刻機是否就能做到5nm晶片呢?從上述各式各樣的光刻技術來看當然沒問題 , 但這一切需要搭配性能更好的沉積(Deposition)、刻蝕(Etch)裝置 , 沒有這些更好的配套裝置很遺憾 , 即便有EUV光刻機也無法做到真5nm , 更何況目前中國只有DUVi，畢竟整個晶片製程不是只有光刻 , 這是目前中國半導體面臨的最嚴峻問題 , 因為不論沉積或刻蝕製程中最高端的裝置都掌握在美國的AMAT以及LAM手上 , 日本TEL雖然很強但在許多細分領域也沒有可替代品。可以這麼說 , 此時此刻中國Fab在7nm以下先進製程上遇到最大的瓶頸並非光刻機 ,而是被美國拿捏的先進沉積與刻蝕裝置 , 因為我們手上的光刻機理論都能達到5nm , 無非套刻精度也就是良率高低的差別 , 也正是這個原因 , 我們只能利用既有的裝置在7nm這個環節不斷最佳化。再回到最初作者整理的各家單位電晶體密度的表中 , 我們能發現未來中國國產晶片不論N+3或者N+4電晶體密度都難達到真正5nm的180MTr/mm2 , 而是像三星一樣只是7nm的最佳化再最佳化。當然最佳化版的N+3推出之際 , 必然又會撲天蓋地各種突破封鎖 , 中國國產5nm達成 , 透過文章我們可以清楚 , 未來的所謂中國國產5nm是以獲取國外先進設備與材料為基礎 , 高昂的生產成本(多重曝光)為代價 , 加上玩點文字遊戲取得的成果 , 但即便如此它也遠遠不是5nm晶片而是6nm。這我們必須客觀地看待。當然被重重限制的我們能取得這樣的成就是真心令人讚嘆 , 但不應該無腦並背離事實的吹噓與捧殺。此時此刻對於中國半導體行業來說 , 夯實技術能力與攻關突破同樣重要 , 在發展光刻機的同時更要重點突破先進製程需要的沉積與刻蝕裝置 , 針對性的突破必然更快速。能買到的裝置先利用起來 , 重點攻關極需且缺乏的裝置 , 這能給被制約的中國半導體行業爭取更多時間 , 必須用一切辦法與全球領先集團保持固定距離而不被拉開 , 所謂攻關突破是要加入時間因素考量的 , 因為對手一直在進步 , 壓根沒有摩爾定律將終止 , 對手會在原地等我們的可能 , 如果攻關突破不限時間 , 沒日沒夜的工程師埋頭苦幹之後是對手越跑越遠 , 那這樣的突破就失去了意義 。再回到文章第二部分的電晶體密度表，此次官媒高調的宣傳中國國產“5nm”也並非第一次由官方來背書半導體突破。數年來，中國半導體的宣傳特性如出一轍，每年各式各樣的突破在媒體甚至官媒都會大肆報導，比如2023年新華社的28nm光刻機即將交付，至今也了無音訊。2024年工信部指導目錄的8nm套刻精度的光刻機，事實上是90nm光刻機，這幾年筆者給官媒錯誤報導的澄清文章實在不少。其實宣傳每天這突破那突破，最重要的是我們先進製程的晶片產能倒底有沒有上來，市面上採用中國國產先進製程的晶片到底有沒有出貨量大增。結果數年下來，中國國產晶片的產能還是不多，不見有太大長進，比如從2023年到現在2025年，市面上的麒麟晶片的產能始終有限，壓根沒有看到晶片產能大幅度上漲的跡象。筆者從2022年以來至今寫了無數文章闡述，在知識星球也多次發佈中國國產光刻機、先進製程與產能擴產情況，到現在2025年重新審視，幾乎每一次說的都是正確的。無論如何，相關議題是筆者長期跟蹤的重點，至今幾乎全預測正確，對中國國產先進製程擴產，光刻機進度有興趣歡迎加入筆者知識星球。我相信很快就會有中國國產5nm鋪天蓋地的宣傳文章，但我們必須清楚地知道，它與真正的5nm還有很大的差距 , 而且也不是用中國國產裝置製造，這些行業事實，我們也必須清楚，不能盲目誇大。對中國半導體行業來說，更重要的是晶片電晶體密度是否能夠有效推進，只要性能有所提升，即便是N+2到N+3這樣的微幅提升，那毫無疑問也是我們中國的下一代工藝。只要能持續不斷地推進，證明中國半導體行業從上到下的努力不放棄 , 即便在西方重重封鎖之下 , 我們也必須向施壓者證明 , 一切並不會如西方所願 , 讓我們失去繼續迭代的能力 , 這個訊號的釋放絕對是必要的。 (梓豪談芯)

半導體製造公司中芯國際（SMIC）已成為中國推動高端半導體製造業自給自足的關鍵支柱。根據SemiVision Research的見解，華為的Ascend AI晶片表現出了卓越的性能，將自己定位為與NVIDIA H20 AI加速器競爭的有力競爭者。華為的旗艦AI晶片Ascend 910B擁有超過512 TFLOP(FP16)的計算性能，具有極高的訓練效率，最佳化的推理速度，並憑藉其專有的達文西架構提高了功耗。這一技術飛躍的一個關鍵催化劑是DeepSeek的出現，這是一種領先的中國人工智慧模型，在人工智慧社區中迅速佔據主導地位。DeepSeek的大型語言模型（LLM）和基礎模型已經過最佳化，可以在Ascend AI晶片上運行，創造了一種協同關係，加速了中國AI行業的增長。預計美國政府將擴大對關鍵半導體技術的出口限制範圍，包括EUV光刻、先進GPU和半導體設計工具，同時可能限制中國獲取人工智慧培訓框架、雲端運算資源和高性能互連技術，這對中國來說是至關重要的大規模AI模型開發。Ascend AI晶片和DeepSeek模型的成功使中國成為全球AI競賽中的強大參與者，但這種快速發展可能會引起美國政府的更嚴格的審查和控制，反映出全球AI和半導體領域的競爭日益激烈，技術領域的競爭正在加劇創新和地緣政治戰略日益交織在一起。與此同時，世界各國正在通過注入大量金融資源來支援國內半導體行業並減少對外國供應鏈的依賴，來加強其半導體生態系統。美國、中國、韓國、日本和歐盟等國家正在加大對先進半導體研發、製造能力和人工智慧基礎設施的投資，以確保在人工智慧和高性能計算時代的技術領先地位。SemiVision Research對這些全球倡議進行了深入分析，重點介紹了政府資金以及私營部門創新如何推動下一階段的半導體增長，並確保各國在日益分散和地緣政治影響的半導體領域保持競爭力。技術進步和戰略政策干預的這種融合強調了保持半導體製造和人工智慧硬體領導地位的重要性，其中工藝技術、能效和人工智慧模型最佳化的進步將繼續塑造行業的未來。中國的雲端運算行業也在積極推進，阿里巴巴和字節跳動進行了重大投資，以擴展其雲基礎設施和人工智慧能力。這些努力符合中國實現半導體製造自給自足的國家戰略，通過培育一個完整的“從設計到製造”生態系統，不僅包括國內晶片設計，還包括本土半導體裝置的開發。SemiVision Research此前對中國半導體裝置製造商與國際同行進行了全面分析，揭示了中國決心建立一個強大的半導體生態系統。這項努力旨在建立一個端到端供應鏈，將晶片設計、製造和封裝整合到一個無縫的“一站式”生態系統中，減少對外國技術的依賴。在這種背景下，中國發展最快的人工智慧公司之一DeepSeek展示了開發自己專有人工智慧晶片以最佳化其人工智慧模型的性能的雄心壯志。為了實現這一目標，DeepSeek與多家中國ASIC設計公司合作，尋求定製完全符合其AI工作負載要求的AI晶片。中國領先的代工廠中芯國際（SMIC）極有可能處理這些AI晶片的製造，確保製造過程保持在中國國內的半導體供應鏈內。對於先進的封裝和組裝，DeepSeek預計將與中國領先的OSAT（外包半導體組裝和測試）公司合作，利用他們在高性能封裝技術方面的專業知識，如基晶（CoWoS）和風扇輸出晶圓級封裝（FOWLP），以最大限度地提高其AI加速器的效率和可擴展性。DeepSeek開發專有AI晶片的戰略不僅反映了AI公司垂直整合的趨勢，也凸顯了中國控制整個AI供應鏈的決心——從半導體設計到製造和封裝。隨著中國半導體生態系統的不斷髮展，這種對端到端控制的驅動力將加速該國的人工智慧發展，並鞏固其作為全球人工智慧領域強大參與者的地位。SEMICON China 2025最受關注的話題無疑是SiCarrier (新凱來)，其“山系”裝置引起了行業的強烈興趣。SemiVision Research對SiCarrier的下一代裝置系列進行了初步分析，強調了其在推進FinFET製造工藝方面的潛力。值得特別關注的一個領域是原子層沉積（ALD）工藝，它將在先進節點中發揮越來越重要的作用。對於2nm及以上，ALD步驟的頻率預計將大幅提高，使其成為實現高產量、高性能晶片生產的關鍵部件。值得注意的是，據報導，華為的主要供應商正準備推出使用SiCarrier工具開發的5nm晶片，產品線被恰當地命名為“阿里山” (阿里山), 強調了公司對其先進裝置的信心。回到光刻機 DUV根據SemiVision Research的資料，中國目前的光刻裝置供應商是SMEE（上海微電子裝置有限公司）關於SiCarrier (新凱來）, 但實際上，它的重點主要是DUV（深紫外）光刻技術。這一里程碑標誌著中國邁向半導體自給自足的重要一步，因為浸入式光刻對於生產28nm以下的先進節點至關重要。華為的成就標誌著全球光刻格局的潛在轉變，因為中國正在加快開發本土光刻解決方案的努力，這可能會減少對外國供應商的依賴。SiCarrier先進的沉積裝置與華為在浸入式光刻技術上的突破相結合，表明中國正在建立一個強大的垂直整合半導體供應鏈，能夠支援尖端晶片製造，並將自己定位為全球半導體市場上的強大參與者。SemiVision Research認為，雖然中國在DUV（深紫外光）光刻和EUV（極紫外光）光刻方面取得了一些進展，但其突破主要在光源領域。然而，光刻裝置的複雜性遠遠超出了光源的範圍，需要跨多個領域的進步。例如，ASML的EUV光刻機是現代半導體製造中最複雜和精確的裝置之一。每台EUV機器由超過100,000個獨立元件組成，包括3,000根電線、40,000個螺栓和2公里長的管道。一旦完全組裝好，機器的大小與一輛小型公共汽車差不多，重量在150到180噸之間。由於其巨大的尺寸和複雜的設計，這些機器通常被拆卸為大約250個單獨的板條箱進行運輸，其中包括13個大型集裝箱。這些細節突出了設計和製造EUV光刻裝置所涉及的極端複雜性和精度。除了與機器物理結構相關的挑戰外，EUV光刻機的光學系統也提出了另一個可怕的障礙。ASML的EUV機器依賴於蔡司開發的先進多層反射鏡系統，精度可達到奈米級。這些鏡子中的每一個必須保持在0.1奈米以下的表面誤差，以確保EUV光的精確反射，這種光學精度水平仍然超出了中國目前的技術能力。而且EUV光刻所用的光源是由錫（Sn）電漿體產生的，產生13.5nm波長的極紫外光，需要極高的功率輸入才能保持穩定的曝光過程。此外，該系統在高真空環境中運行，使得在中國開發國產EUV機器異常困難。即使光源技術取得突破，中國仍將面臨一系列與光學系統、鏡面製造、精確運動控制和保持超高真空條件相關的挑戰。因此，開發國產EUV光刻機將需要長期的技術積累和產業合作。另一方面，光刻膠是另一個對國內光刻工作構成挑戰的關鍵部件。EUV光致抗蝕劑必須提供更高的解析度和更好的抗蝕刻性，同時完美匹配EUV曝光的波長。目前，高端光刻膠市場由JSR、TOK、住友化學、Shin Etsu、日本富士膠片、美國杜邦等公司主導。儘管中國在光刻膠領域取得了進展，但最佳化這些材料以滿足EUV光刻的需求還需要相當長的時間和與供應商的密切合作。鑑於中國目前在極紫外（EUV）光刻技術方面的限制，ArF浸沒（ArFi）光刻仍然是生產28nm及以下晶片的最可行路徑。為了將DUV功能擴展到更高級的節點，雙模式技術（DPT）起著關鍵作用。雙重圖案化，涉及多次曝光和蝕刻步驟以增加特徵密度，對於將DUV推向其解析度極限至關重要。自對準雙構圖(SADP)和Litho-Etch-Litho-Etch-Etch(LELE)方法通常用於通過DUV系統實現低於28nm的臨界尺寸。雖然這種方法需要更高的工藝複雜性和更長的周期時間，但它仍然是中國國內生產14nm以下節點的最佳選擇。隨著華為和中芯國際繼續改進其基於DUV的製造工藝，DPT的應用結合先進的過程控制和提高的疊加精度，可以使中國逐步縮小與國際競爭對手的技術差距。儘管基於DUV的雙圖案化在先進節點上不如EUV高效，但中國增強DUV能力的戰略重點凸顯了其在半導體行業實現更大技術自主的決心。DUV浸入式光刻（ArFi）和雙重圖案化介紹使用氟化氬（ArF）准分子雷射器的深紫外（DUV）浸入式光刻已成為先進半導體製造中的關鍵技術。DUV光刻在193nm的波長下工作，使用浸入技術，在光掩模和晶片之間放置一層超純水。這種方法將數值孔徑（NA）提高到1.0以上，通常高達1.35 NA，有效地將波長降低到約134 nm，並顯著提高解析度。這一創新能夠生產更小的特徵尺寸，並將DUV光刻的適用性擴展到14 nm及以上的節點。然而，隨著DUV光刻技術的極限不斷逼近，業界採用了雙構圖（DP）技術來克服這些挑戰。雙重圖案化通過將單個圖案分成多個曝光和蝕刻循環來實現更精細的幾何形狀。最常見的DP技術是Litho-Etch-Litho-Etch(LELE)、間隔器輔助雙構圖(SADP)和Litho-Freeze-Litho-Etch(LFLE)。LELE通過中間蝕刻將原始圖案分成兩次曝光，有效地將間距大小減半。SADP涉及在預圖案化結構周圍加入間隔物，而LFLE凍結一個圖案，然後暴露第二個圖案以實現更高的密度。使用這些技術，DUV ArFi光刻可實現的最小特徵尺寸已顯著降低。雖然使用ArFi的單次曝光可以實現大約38-40nm的最小線寬，但雙構圖技術可以將特徵尺寸縮小到20-28nm，這對應於10-14nm的工藝節點。在某些情況下，四重圖案化（QP）被用於更精細的特徵，儘管這引入了更高的複雜性和增加的成本。(銳芯聞)

3月25日消息，據報導，中科院成功研發出了固態DUV(深紫外)雷射，可發射193nm的相干光，與目前主流的DUV曝光波長一致，能將國產半導體工藝推進至3nm！據報導，中國科學院的科研團隊近日在《國際光電工程學會》期刊公佈了全固態深紫外(DUV)雷射光源研究成果。這項技術通過創新性的固態雷射方案，成功輸出193nm波長的相干光，理論上可支撐半導體製造工藝延伸至3nm節點，為中國光刻技術自主化開闢了新路徑。當前全球光刻巨頭ASML、尼康、佳能使用的DUV光刻系統，均依賴氟化氙准分子雷射技術。這類氣體雷射器需要持續注入氬氟混合氣體，在高壓電場中生成193nm波長光子，其系統複雜程度高且能耗較大。相比之下，中科院自主研發的固態方案採用Yb:YAG晶體放大器作為核心光源，通過分光-變頻-合成的技術路線，在完全固態結構下實現了同波長雷射輸出。技術細節顯示，科研人員將1030nm基頻雷射分兩路處理：其中一束通過四次諧波轉換生成258nm雷射，另一束經光學參數放大後形成1553nm雷射。這兩束雷射在串級硼酸鋰晶體中混合後，最終產出的193nm雷射線寬已控制在0.11pm以內，光譜純度達到商用准分子雷射器標準。儘管目前70mW的平均功率和6kHz頻率尚不及傳統方案的1%，但固態設計的先天優勢已初現端倪。該技術擺脫了對稀有氣體的依賴，理論上可使光刻系統體積縮小30%以上。若後續能在功率密度和頻率穩定性方面實現突破，或將改變現有DUV光刻裝置的技術格局。不過正如論文中坦承的，當前實驗室樣機與工業級應用仍存在量級差距，需要材料科學和精密製造領域的協同攻關。 (國芯網)